几种人工合成色素的荧光光谱与拉曼光谱研究

应用荧光光谱仪及微拉曼光谱仪分别对几种常见的人工合成色素溶液的荧光光谱和拉曼光谱进行了实验研究。一方面,首次测量其不同浓度合成色素溶液的荧光光谱,讨论其谱线特性。另一方面,以有致癌性的合成色素苋菜红为例,应用拉曼光谱技术进行定性和定量检测,验证拉曼光谱对色素检测的可行性。为了提高探测灵敏度,以55nm的金纳米粒子溶胶为基底,在785nm激发光下对不同浓度的苋菜红溶液进行了表面增强拉曼光谱探测,探测到的最低浓度为10-17mol/L。分析结果为这种色素的合理利用及安全快速检测提供了有效的光谱实验依据,也为其它色素的检测提供了参考方法。     

乙酸的光谱学及其特性的研究

采用光栅光谱仪获得了波长为 2 5 4nm(Δλ1 /2 4nm)的紫外光激励乙酸溶液的紫外吸收光谱和不同浓度溶液的荧光光谱 ,并对其产生机理和谱线特性进行了研究。实验结果和理论分析表明 ,波长为 2 5 4nm的紫外光诱导乙酸分子发出的荧光是由乙酸分子上的荧光团 -C =O -产生的 ,其量子转换效率可达 5 0 %以上 ;乙酸溶液的荧光量子产额将随浓度发生明显的变化。研究乙酸的紫外光谱和荧光光谱及其特性可为其作为溶剂和催化剂时对其他有机大分子光谱特性的影响提供参考     

拉曼-荧光联合水下探测系统及初步试验

深海热液环境中存在着巨大的化学和热梯度,快速剧烈的混合和生物合作过程产生了多种多样的矿物合作过程,并培养了大量的化学合成微生物。激光拉曼光谱非常适合于深海热液环境矿物过程的探测,然而要对矿物与微生物作用过程进行研究,还需要与荧光光谱技术进行联合。针对深海热液的探测需求,研发了一套拉曼-荧光联合光谱水下原位探测原理样机。该联合系统主要通过双波长激光器和两个微型光谱仪实现,双波长激光器同时发射266 nm和532 nm激光,其中532 nm激光用来激发拉曼光谱,266 nm激光用来激发荧光光谱。根据波长不同,双波长激光被分为两束分别经两片石英玻璃窗口照射到海水或液体样品上。产生的拉曼和荧光光谱经后向散射收集并分别耦合到拉曼和荧光光谱仪中。整个系统集成于L790 mm270 mm的舱体内,在舱体前端有光学窗口和水密插头,舱体内部主要包括双波长激光器、光谱仪、嵌入式计算机和供电装置,甲板控制终端通过电缆实现对系统的供电、控制和数据采集。利用搭建的原理样机在实验室对海水和拟棱形藻样品进行探测,实验结果初步证明拉曼-荧光联合光谱探测装置的可行性,之后系统在青岛近岸进行了实验并获得了实验数据。下一步将优化系统并应用于深海热液环境探测。     

应用3维同步荧光光谱测定胭脂红浓度

为了测定混合色素溶液中胭脂红的浓度,采用归一化的方法对荧光光谱进行数据预处理,将处理后的光谱数据结合径向基神经网络,建立了对胭脂红含量的预测模型。结果表明,3维同步荧光光谱、普通3维荧光光谱预测结果的平均相对误差分别为2.86%,11.12%;对于混合色素溶液中单个色素浓度的测定,3维同步荧光光谱结合径向基神经网络效果较好。该研究为预测混合色素溶液中各色素浓度提供了帮助。     

拼接光栅型宽波段高分辨率空间外差拉曼光谱仪器 对背向散射拉曼光谱的探测

为了满足微弱背向拉曼光谱信号的高分辨率、宽波段探测,设计并搭建了一台光栅拼接型的宽波段高分辨率空间外差拉曼光谱仪MGSHRS实验平台,对仪器的视场展宽,进行了光谱定标,完成了对拉曼样品的宽波段背向散射拉曼探测.该系统的实际光谱分辨率为3.37 cm~(-1),总的光谱探测范围为5 841 cm~(-1),实验结果证实该技术对于高通量、宽波段、高分辨的拉曼光谱测量展现出极好的应用潜能.     

乳腺肿瘤组织的拉曼光谱研究

使用RENISHAW显微共焦拉曼光谱仪检测了24 例乳腺肿瘤组织病理片的拉曼光谱。通过对浸润性导管癌、乳腺增生、纤维腺瘤等乳腺疾病的拉曼光谱分析,找出了不同乳腺疾病的病理片拉曼光谱的差异,这些差异可作为各类乳腺肿瘤病理片拉曼光谱的特征,为应用拉曼光谱进行乳腺疾病诊断提供依据。     

血糖浓度荧光光谱检测研究

传统血糖检测需从患者静脉取血,给糖尿病人带来了极大的痛苦和经济负担,利用荧光测试技术进行血糖的无创检测研究.通过对不同葡萄糖浓度的全血、血清和不同浓度的红细胞溶液进行系列荧光光谱实验,结果表明全血在720～730 nm附近有明显荧光特征峰,其中720 nm附近特征峰由血细胞引起、730 nm附近特征峰是由糖份引起,且全血和血清中此位置处峰值强度均随血糖浓度变化而规律性变化.实验结果为进一步进行血糖荧光无创检测打下了基础.     

LED诱导人血液荧光光谱研究

用 4 0 8nm的LED诱导不同浓度人全血溶液的荧光光谱 ,包括研究了血液的自吸收对其荧光光谱结构产生的影响 ;分析了血液的荧光光谱随其浓度增加出现红移的现象并进行了解释 ;提出了 5 5 6nm谱峰不是某一荧光团所产生的特征峰 ,而是由吸收所造成的假峰的观点 ;讨论了激励光散射中心波长偏离激励光中心波长现象的原因。研究结果对光诱导生物组织自体荧光诊断技术有一定参考价值     

远距离物质拉曼光谱探测系统

为了实现远距离物质的识别检测,设计和建立了脉冲门控非接触式的拉曼光谱探测系统,利用强脉冲激光的高能量密度（~106 W）增强被探测物质的拉曼散射信号,通过大口径透镜系统提高拉曼光收集效率,同时采用同步延时系统控制ICCD的开启和积分时间,有效地去除背景光和荧光的干扰,提高信噪比,从而显著增加拉曼光谱探测距离。初步研究了不同通光口径对探测能力的影响,以及在950 mm的探测距离上获得了清晰的硫元素和纯净水的拉曼光谱信号。     

奶粉-三聚氰胺的荧光光谱特性研究

为了研究奶粉、三聚氰胺、奶粉-三聚氰胺混合水溶液的稳态荧光光谱和同步荧光光谱特征,采用280nm的激励光照射奶粉-水溶液时,能发射峰值位于330nm的荧光。利用恒波长同步荧光分析技术研究了该混合溶液的光谱特性,分别改变不同的波长差Δλ,当Δλ=60nm时,同步荧光强度达到最大;混合溶液中奶粉的浓度改变时,其同步荧光强度和浓度间满足线性关系。同时得到了奶粉和三聚氰胺混合溶液的同步荧光光谱,当Δλ=38nm时,奶粉同步荧光峰位位于283nm,三聚氰胺位于319nm,奶粉-三聚氰胺混合溶液中两个峰位均存在。结果表明,利用同步荧光分析技术可以较好地检验出奶粉中是否含有三聚氰胺。该研究能为三聚氰胺及其衍生物的物质特性研究提供参考,并为三聚氰胺的含量检测提供帮助。     

拉曼光谱在红宝石检测中的应用研究

本文采用显微共焦拉曼光谱仪(785nm)对典型的天然、处理、合成红宝石,以及一些相似红宝石进行了测定.经分析,可知刚玉族宝石的特征拉曼位移在378,417,430,447,576,645和750cm-1附近,其中417cm-1显示最强的光谱特征.一些矿物包体可根据其特征拉曼位移而被检测出,如方解石在1085cm-1附近,这样对天然红宝石的鉴定和产地分析具有一定的参考意义.对于铅玻璃充填的红宝石,在1353cm-1附近具有一强且宽的拉曼峰,通过XRF的定量分析可测得高含量的铅;另外,发现红宝石中被充填了有机胶,拉曼位移在2331,2874和3285cm-1附近.一些合成红宝石的拉曼光谱中可能存在一强且对称的荧光背景,这可能与合成过程中添加了含有过渡族或稀土离子的助熔剂有关.相似的红色宝石具有与红宝石明显不同的拉曼光谱特征,较易鉴别.     

乙醇溶液的荧光光谱及其特性的研究

分别从理论和实验上对紫外光激励不同浓度的乙醇溶液所产生的荧光光谱及其特性进行了分析研究。结果表明,在波长为254nm的紫外光激励下,乙醇溶液可以产生较强的荧光,其峰值为395nm,经研究认为该荧光是由乙醇分子中C-OH基团的孤对电子产生的。研究乙醇溶液的荧光光谱及其特性可为其作为有机溶剂对其它物质的荧光光谱进行研究提供参考。     

可见波段Ar+激光诱导血红蛋白荧光光谱特性研究

用可见波段、不同波长的Ar^ 激光激发同一浓度血红蛋白溶液产生荧光光谱的研究结果表明，血红蛋白在628nm附近存在一个较强的荧光谱峰，且随激励激光波长的红移其相对光强依次增大，从而解释了临床上用He-Ne激光治疗疗效显著的物理机理。理论研究结果认为该血红蛋白的荧光光谱主要是血红蛋白中存在的卟啉类荧光团的贡献。还利用475．6nm的激光分别激发浓度为1％～7％的血红蛋白溶液，根据所获得的荧光光谱发现，其谱峰位置几乎不随样品浓度的改变而改变，该结果显示了激光与普通光对生物大分子存在明显不同的作用特性。     

水中氯化铵浓度光谱检测的实验研究

本文采用自行搭建的实验系统,研究了氯化铵溶液的光谱特性。实验基于多次测量取平均的光谱数据,采用光谱归一化的方法消除光强变化引起的测量误差,通过计算不同浓度的差谱,提取了对氯化铵浓度敏感的733nm、833nm特征波段。两波段的浓度回归结果表明,差谱强度与浓度具有良好的线性关系,对高光谱遥感探测的应用具有实际意义。     

人脑硫氧还蛋白还原酶的光谱学研究

在紫外光诱导硫氧还蛋白还原酶(TrxR)产生荧光光谱的实验基础上，对TrxR溶液的谱线特性及其产生机理进行了研究。实验结果表明，在波长为253．7nm的紫外光激励下，TrxR溶液能够产生较强的荧光，其光谱覆盖了280～720nm的范围，谱峰形状主要由两个宽阔的峰及分布在宽峰上的诸多细锐的次峰组成；随着TrxR溶液浓度的改变，宽峰和锐峰分别表现出不同的变化趋势。根据分子内部能量转换理论以及共振拉曼散射理论，对TrxR产生的荧光光谱的机理进行了理论分析。理论和实验研究结果均表明中心波长位于336nm的宽峰是来自于TrxR分子中的色氨酸的荧光峰，而诸多锐峰则是TrxR分子的共振拉曼散射。对波长为253．7nm的紫外光激励的TrxR溶液荧光光谱的研究有助于研究溶液状态下TrxR分子的构像、结构以及分子的电子振动态等。     

利用激光击穿光谱探测模拟体液

应用激光击穿光谱法(LIBS)探测了体液中各种物质的含量。脉冲Nd∶YAG激光器产生的波长1064 nm的激光束(脉宽10 ns,重复频率10 Hz,激光能量约300 mJ)经凸透镜聚焦后,击穿模拟体液(质量分数为10%葡萄糖和0.9%NaCl的混合水溶液)产生激光等离子体,利用中阶梯光谱仪和像增强CCD(ICCD)探测其光谱信号,开展相应的激光击穿光谱研究。实验结果表明应用激光击穿光谱的技术完全可以同时检测出溶液中的有机物(葡萄糖)和金属离子,而且金属离子的检测灵敏度明显优于有机物,各待测物质的特征谱线强度与其含量存在指数关系。该方法为体液中微量元素的精确测量提供了实验依据。     

基于荧光机制的光纤式农药残留测量系统

根据有机物农药的荧光发光机制,利用光纤传感技术、光栅分光技术和多通道图像传感器技术研制了一种农药残留荧光光谱测量系统。系统以脉冲氙灯为光源,以Y型球面光纤探头传输和探测荧光,以小型平场光谱仪实现荧光分光,以高速数据采集模块实现荧光信号的采集转换。该系统一次曝光即可获得农药的荧光光谱。利用该系统实现了对西维因等农药的荧光光谱特性的实验,结果表明:以319 nm紫外光激发农药溶液时,荧光光谱位于可见光340~750 nm之间,系统的最小检测质量浓度可达0.003 mg/L,当农药质量浓度在0~0.1 mg/L范围之间时系统具有较好的线性关系。利用该仪器对白菜中痕量农药浓度进行了测试,其回收率接近100%。     

液芯波导对溶液拉曼光谱探测灵敏度的放大

采用折射率比石英(1．46)低的Teflon-AF(n=1.29)液芯波导系统。研究了乙醇和四氯化碳溶液的拉曼光谱，通过利用液芯波导的内全反射特性。延长激发光对波导管内的溶液试样的总的有效激发光程。并有效增强对光谱信号的收集，成功地采集到四氯化碳和乙醇的拉曼光谱。并与采用常规90度几何散射结构获得的拉曼光谱进行了对比，表明液芯波导系统可以使拉曼光谱信号强度增强200倍以上，并大大提高探测灵敏度和信噪比。展示了液芯波导拉曼光谱应用于化合物溶液的微量分析、生物医药成分的定量检测、临床医学诊断中对病理样本的微量分析和定量检测等领域的可行性，为进一步采用液芯波导拉曼光谱进行定量标定的研究工作和实际应用提供了实验依据。这项技术也适合于对其它包含多种成分的复杂的生物体系和化学药品进行定量分析，具有巨大的应用前景和实际价值。     

基于紫外拉曼光谱的乙醇水溶液浓度测量

拉曼光谱中每个谱峰对应一种特定的分子键振动，每个拉曼峰记录了相应的拉曼散射光的波长位置和强度，常用于对不同物质的定性、定量分析。利用266 nm紫外拉曼系统测量乙醇和水溶液的拉曼光谱，分析峰值关系与乙醇和水浓度之间的关系，用水与乙醇的混合溶液模拟白酒场景，配取多组不同浓度标准乙醇溶液，测量各组溶液拉曼光谱，对光谱进行平滑去噪、基线校正，分析不同浓度乙醇溶液CH伸缩振动特征峰与OH伸缩振动特征峰的相对强度，并拟合出相对强度与乙醇浓度的曲线，决定系数R²达到0.996,测量数款市面在售白酒浓度验证，证明了拉曼光谱应用于白酒浓度测量的可行性。     

不同波长的Ar+激光诱导红细胞荧光光谱特性分析

根据对可见波段、不同波长的Ar+激光激发同一浓度红细胞溶液产生荧光光谱的研究,发现从600nm到860nm较大的范围内红细胞均存在较为丰富的荧光光谱谱峰,且在波长为620nm附近的谱峰随激发光波长的变化而变化。通过理论分析得到,激光诱导的红细胞荧光光谱主要是红细胞膜上的细胞色素基团、双磷脂分子等以及红细胞中的血红蛋白大分子中的血红素基团等构成的多种荧光团作用的结果,且在620nm附近的谱峰不仅含有荧光光谱成分,还有喇曼散射的光谱成分。研究结果可对低功率激光诱导生物组织荧光光谱技术在医疗中的应用有参考意义。